Question

10．BaCl₂•xH₂O是用途廣泛的基礎化工產品．我國目前主要是用鹽酸和硫化鋇（含少量Mg²⁺、Fe³⁺等）反應生產BaCl₂•xH₂O，工藝流程如圖所示．請回答：

已知：室溫時K_sp[Mg（OH）₂]=1.8×10^-11   K_sp[Fe（OH）₃]=4.0×10^-38
（1）反應I中生成的H₂S用足量氨水吸收，一定條件下向所得溶液中通人空氣，又可得到單質硫并使吸收液再生，再生反應的化學方程式為2（NH₄）₂S+O₂+2H₂O=4NH₃•H₂O+2S↓．
（2）所得氯化鋇粗液中含硫化合物（H₂S、HS^-等）影響產品質量，可鼓入預熱后的空氣吹除，預熱空氣的目的是升高溫度，減小氣體在溶液中的溶解度，利于吹除硫化氫；沉淀A的主要成分是硫．
（3）熱空氣吹除時會有部分HS^-轉變為S₂O₃^2-，使產品仍不能達到純度要求，可再行酸化脫硫，酸化脫硫時的離子方程式為S₂O₃^2-+2H⁺=S↓+SO₂ ↑+H₂O．
（4）室溫時，為使Mg²⁺、Fe³⁺完全沉淀（當溶液中離子濃度小于1×l0⁵mol•L^-1時認為該離子完全沉淀），應將溶液的pH調至$-lg\frac{1{0}^{-14}}{\sqrt{1.8×1{0}^{-6}}}$（只列算式）以上．
（5）實驗室測定產品中x的步驟如下：
①準確稱取12.23gBaCl₂•xH₂O樣品，加入l00mL稀鹽酸加熱溶解；
②邊攪拌，邊逐滴加入0．lmol•L^-1H₂SO₄溶液，待BaSO₄完全沉淀，過濾，沉降后洗滌沉淀2-3次；
③將沉淀充分干燥后稱量，質量為11.65g．
檢驗BaSO₄沉淀是否洗滌干凈的方法是取代最后一次洗滌液，加入硝酸酸化的硝酸銀溶液，或無溶液，則洗滌干凈；經計算x的數值為2．

Answer 1

分析 （1）H₂S用足量氨水吸收，會生成硫化銨，空氣中的氧氣能將硫化銨氧化成硫單質，據此寫化學方程式；
（2）預熱后的空氣能使溶液溫度升高，從而減小氣體在溶液中的溶解度，利于吹除硫化氫，同時空氣中有氧氣，能將部分硫化氫氧化成硫單質而形成沉淀；
（3）S₂O₃^2-在酸性條件下發生自身氧化還原反應生成二氧化硫和硫單質，根據電荷守恒和元素守恒可寫出離子方程式；
（4）根據K_sp[Mg（OH）₂]=1.8×10^-11可知，要使Mg ²⁺沉淀完全，溶液中c（OH^-）=$\sqrt{\frac{1.8×1{0}^{-11}}{1×1{0}^{-5}}}$mol/L=$\sqrt{1.8×1{0}^{-6}}$mol/L，的PH值為$-lg\frac{1{0}^{-14}}{\sqrt{1.8×1{0}^{-6}}}$，根據K_sp[Fe（OH）₃]=4.0×10^-38要使Fe ³⁺沉淀完全，溶液中c（OH^-）=$\root{3}{\frac{4.0×1{0}^{-38}}{1.0×1{0}^{-5}}}$mol/L=$\root{3}{4.0×1{0}^{-33}}$mol/L，所以當Mg ²⁺沉淀完全時Fe ³⁺早已沉淀完全，據此判斷；
（5）BaSO₄沉淀是從含有氯離子的溶液中析出的，所以可以通過檢驗沉淀表面是否含有氯離子判斷沉淀洗滌是否干凈，根據題中的相關數據可知，12.23gBaCl₂•xH₂O樣品，生成BaSO₄沉淀質量為11.65g，根據關系式BaCl₂•xH₂O～BaSO₄列比例式可計算出x的值．

解答 解：（1）H₂S用足量氨水吸收，會生成硫化銨，空氣中的氧氣能將硫化銨氧化成硫單質，反應的化學方程式為2（NH₄）₂S+O₂+2H₂O=4NH₃•H₂O+2S↓，
故答案為：2（NH₄）₂S+O₂+2H₂O=4NH₃•H₂O+2S↓；
（2）預熱后的空氣能使溶液溫度升高，從而減小氣體在溶液中的溶解度，利于吹除硫化氫，同時空氣中有氧氣，能將部分硫化氫氧化成硫單質而形成沉淀，
故答案為：升高溫度，減小氣體在溶液中的溶解度，利于吹除硫化氫；硫；
（3）S₂O₃^2-在酸性條件下發生自身氧化還原反應生成二氧化硫和硫單質，反應的離子方程式為S₂O₃^2-+2H⁺=S↓+SO₂ ↑+H₂O，
故答案為：S₂O₃^2-+2H⁺=S↓+SO₂ ↑+H₂O；
（4）根據K_sp[Mg（OH）₂]=1.8×10^-11可知，要使Mg ²⁺沉淀完全，溶液中c（OH^-）=$\sqrt{\frac{1.8×1{0}^{-11}}{1×1{0}^{-5}}}$mol/L=$\sqrt{1.8×1{0}^{-6}}$mol/L，的PH值為$-lg\frac{1{0}^{-14}}{\sqrt{1.8×1{0}^{-6}}}$，根據K_sp[Fe（OH）₃]=4.0×10^-38要使Fe ³⁺沉淀完全，溶液中c（OH^-）=$\root{3}{\frac{4.0×1{0}^{-38}}{1.0×1{0}^{-5}}}$mol/L=$\root{3}{4.0×1{0}^{-33}}$mol/L，所以當Mg ²⁺沉淀完全時Fe ³⁺早已沉淀完全，所以應將溶液的pH調至$-lg\frac{1{0}^{-14}}{\sqrt{1.8×1{0}^{-6}}}$以上，
故答案為：$-lg\frac{1{0}^{-14}}{\sqrt{1.8×1{0}^{-6}}}$；
（5）BaSO₄沉淀是從含有氯離子的溶液中析出的，所以可以通過檢驗沉淀表面是否含有氯離子判斷沉淀洗滌是否干凈，操作為取代最后一次洗滌液，加入硝酸酸化的硝酸銀溶液，或無溶液，則洗滌干凈，根據題中的相關數據可知，12.23gBaCl₂•xH₂O樣品，生成BaSO₄沉淀質量為11.65g，
根據關系式BaCl₂•xH₂O～BaSO₄
           208+18x   233 
           12.23     11.65
$\frac{208+18x}{12.23}=\frac{233}{11.65}$，所以x=2
故答案為：取代最后一次洗滌液，加入硝酸酸化的硝酸銀溶液，或無溶液，則洗滌干凈；2．

點評 本題考查了BaCl₂•2H₂O制備實驗方案的設計方法，題目難度中等，為高考的熱點，正確理解制備流程、反應原理為解答關鍵，涉及知識點較多，有一定的綜合性，試題充分考查了學生的分析、理解能力及靈活應用所學知識的能力．